HAL Id: jpa-00238431
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Submitted on 1 Jan 1885
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W. SIEMENS. - Beitrag zur Theorie des Magnetismus (Contribution à la théorie du magnétisme);
Sitzungsberichte der Berl. Acad., 23 juin 1881, p. 701
M. Krouchkoll
To cite this version:
M. Krouchkoll. W. SIEMENS. - Beitrag zur Theorie des Magnetismus (Contribution à la théorie du
magnétisme); Sitzungsberichte der Berl. Acad., 23 juin 1881, p. 701. J. Phys. Theor. Appl., 1885, 4
(1), pp.426-436. �10.1051/jphystap:018850040042601�. �jpa-00238431�
426
.point lumineux,
on apercevra des anneauxconcentriques
à cepoint,
le rouge endehors,
le violet en dedans.L’apparition
desanneaux, ainsi que la lecture du
thermomètre, peuvent
se faire de loin avec une lunette.L’autre
hygromètre,
que nous avonsdisposé
pour avoir directe-ment la
température
del’enveloppe métallique
au moment del’ap- parition
du voile derosée,
est de même forme que lepremier.
Ilest traversé par une
gaine
de même métal danslaquelle
estparfai-
tement
ajusté
un thermomètre sensible.Quelle
due soit latempé-
rature de l’air
ambiant,
le refroidissement se fera avec une trèsgrande rapidité,
en faisant passer un courant d’air au-dessus duliquide.
Pour mettre en évidence les causes d’erreur que l’on
peut
com- mettre, avec leshygromètres
danslesquels
le thermomètreplonge
dans le
liquide,
nous avonsplacé
dans le mêmeappareil
undeuxième thermomètre dont le réservoir
plonge
dans l’éther.Dans ces
conditions,
si l’on faitl’appel d’air,
on constatera que le thermomètre mouillé descend avecplus
ou moins derapidité,
suivant que son réservoir sera
plus
ou moins enfoncé dans le li-quide :
mais il seratoujours
deplusieurs degrés
au-dessous de -celuiqui indique
latempérature
de la surfacemétallique
au mo-ment de
l’apparition
dudépôt
de la rosée.W. SIEMENS. 2014 Beitrag zur Theorie des Magnetismus (Contribution à la
théorie du magnétisme); Sitzungsberichte der Berl. Acad., 23 juin 1881, p. 701.
Le but de cet article est de montrer le rôle du milieu ambiant dans les
phénomènes magnétiques
et d’établir une théorie deces
phénomènes
en tenantcornpte
despropriétés
de ce milieu.En
partant
des idéesd’Ampère
sur lemagnétisme,
l’auteur ar-rive à cette conclusion que les corps
magnétiques,
comme lefer, opposent
à lapolarisation magnétique
une résistanceplus
faibleque les corps non
magnétiques,
ou bien que lespremiers possè-
dent une conductibilité
magnétique plus grande.
Un anneau ho-mogène, concentrique
à unconducteur,
nepeut produire
aucuneaction à
distance,
toutes leslignes
de force restant à l’in térieiir deArticle published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:018850040042601
l’anneau. Ce
phénomène change
dans un anneau ouvert.D’après
l’auteur,
il résulted’expériences qui
seront décrites ci-dessous que. dans un anneauinterrompu,
lemagnétisme
total doit êtreplus petit
à cause de la résistance de l’airqui remplit
la coupure. Leslignes
de forcequi
réunissent les deuxparties
de l’anneau doi-vent
remplir
en nombre variable toutl’espace qui
l’entoure etproduire
lephénomène
de l’attractionmagnétique
et celui dumagnétisme
libre.M. Siemens
généralise
la théoried’Ampère
et l’étend à tous lescorps de la nature : « Non seulement les corps
magnétiques,
maistous les corps, ainsi que
l’espace vide,
sontremplis
de courants cir-culaires
préexistants
de trèspetites dimensions,
et les corps nza-gnétiques
ne diffèrent des corps nonmagnétiques qu’en
ce que dans lespremiers
le nombre de ces courants circulaires contenusdans l’unité de volume est
beaucoup plus grand
que dans les der- niers. oOn pourra réduire tous les
phénomènes magnétiques
à la pro-priété qu’a le
courantélectrique
d’exercer une action directrice surles solénoïdes moléculaires
répandus
dans toutl’espace,
et dansles corps
magnétiques
en nombrebeaucoup plus grand.
Par cetteaction
directrice,
les axes des solénoïdes tendent à seplacer
per-pendiculairement
à la direction du courant et à former des cercles d’attractionconcentriques.
Lagrandeur
de la rotation des axesdépend
de lagrandeur
de la force directrice oumagnétisante
etdu nombre de courants
particulaires
contenus dans l’unité de vo-lume. L’auteur recommande de
désigner
cerapport numérique
sous le nom de conductibilité
électrique
ou celui de résistance à la di s trihu tionmagnétique.
Afin de soumettre sa manière de voir à une
épreuve expérimen- tale,
l’auteurprend
le cas d’un anneau de ferfermé,
entouré de filisolé,
ou celui d’untuyau
defer;
dans ces deux cas,d’après
lesrecherches de M.
Kirchhoff,
iln’y
a pas d’action à distance si l’enroulement est uniformc. L’auteur a déduit antérieurement des formulesd’Ampère l’expr ession
suivante pour le momentmagnétique
d’untuyau
de fer parcouru par un courant suivantson axe
s étant
l’épaisseur
de laparoi, lIa longueur
dutuyau
et i l’inten428
sité du courant. L’exactitude de cette formule a été vérifiée par l’auteur
expérimentalemen t.
Si l’on entoure d’une
spirale
serrée un anneau de fer de section q et de rayon moyeno, la forcemagnétisante
sera,d’après
les con-sidérations
précédentes, proportionnelle
à l’intensité du courantmultipliée
par le nombre desspires,
chacuneayant approximati-
vement la
longueur
de l’anneau 2rp. La résistancequi s’oppose
à cette force
magnétisante
est directementproportionnelle
à lalongueur
de la barrecourbée,
c’est-à-dire à 9- et inversementproportionnelle
à la section et à la conductibili témagnétique
dufer que l’on
peut désigner
pary.
Le momentmagnétique
de l’an-neau de fer sera dans chacune de ses sections transversales
cette
expression ayant
unesignification analogue
à laprécédente
M = ils const.
Dans le but de rechercher si le
magnétisme développé
par uneforce
magnétisante
dans un barreau de fer ou dans un fer à chevalest inversement
proportionnel
à la résistance totale du circuitmagnétique,
l’auteur fitl’expérience
suivante : il fitpréparer
unfer à cheval avec une barre de fer de 20mm
d’épaisseur,
deux foisrecourbée à
angle
droit. Chacune des branches avait70 mm
de lon-gueur et sur chacune on avait enroulé une
spirale
de 35mm de lon- gueur, formée de 26 à 130 tours de fil isolé de Imm dediamètre ;
sur le dos du fer à cheval on avait enroulé une bobine d’induction.
Le fer à cheval
pouvait
être fermé sur lui-même à l’aide d’une ar-mature
ayant
la même section que lui. Les extrémités des bran- ches sortaient desspirales
sur unelongueur
de 20mm.A l’aide d’un commutateur convenable on
pouvait
renverser lesens du courant
qui parcourait
lesspirales magnétisantes.
L’in-tensité du courant était mesurée avant
chaque
renversement à l’aide d’ungalvanomètre
àtorsion, ayant
ungrand
nombre de toursde fil fin. Cet instrument donnait la différence de tension aux
deux bornes de la
spirale magnétisante.
Onpouvait
faire varierl’intensité du courant soit en intercalant des
résis tances,
soit endérivant le courant. Le courant
développé
dans la bobine d’induc-tion au moment de l’inversion du courant
magnétisant
traversaitles
spires
d’ungalvanomètre
à réflexion presqueapériodique.
L’impulsion
de cegalvanomètre
mesurait le double du momentmagnétique produit
dans le fer à cheval par l’action du courant.Si, après chaque
variationd’intensité,
onprenait
laprécaution
deproduire plusieurs
inversions du courant avant d’effectuer la me-sure, on trouvait
toujours
des résultats concordants même avec degrandes
différences d’intensité.Il résulte des nombres obtenus que, dans le fer à cheval
fermé,
le
niagnétisnie
croît au commencementplus
vite que l’intensité ducourant. Dans le cas où l’aimant est ouvert, le
magnétisme,
pourun courant faible
(o,o5 d’an1père),
n’est environque 1 3
de celuiqui
se
développe
avec la même forcemagnétisante
dansl’aimantfermé,
et pour un courant deux fois
plus
intense( o, i i d’ampère)
ilest 1
en-viron. Dans l’aimant ouvert l’accroissement du
magnétisme
resteà peu
près constant,
c’est-à-direqu’il
est à peuprès proportionnel
à l’intensité du courant
jusqu’à
une certaine limitequ’on
atteintsans échauffer
trop
lesspires.
M. Siemens fit couper les bouts des branches
qui dépassaient
les
spirales,
sur unelongueur
de2ot""1,
et refit lesexpériences.
Les résultats de ces dernières font voir que, par le raccourcissement des
branches,
lemagnétisme
de l’aimanu fermé s’accroît notable- ment, tandis que celui de l’aimant ouvert décroît dans une pro-portion
encoreplus grande,
de sorte que pouro,05 ampères
le rap-port précédent
n’estplus
quej)
et pour o,I ampère
il n’estplus
que23 .
Cette diminution considérable est évidemment due non seule-ment à
l’augmentation
de la résistance àla distribution du milieu am-biant,
par suite du raccourcissement desbranches,
mais encore à ladiminution de la force
magnétisante,
car lesspirales exerçaient
uneaction
magnétisante
sur lesparties
actuellementcoupées.
Enadap-
tant sur les extrémités
polaires
des branchescoupées
des boutsdu même diamètre et de 10 mm de
hauteur,
afin d’obtenir une lon- gueur de branches pourlaquelle
lemagnétisme
devîntdouble,
l’auteur trouva les nombres suivants :
430
TABLEAU II. - Courant de o, i
d’ampère.
On voit
qu’avec cinq pièces
additionnelles la limitequ’on
seproposait
d’atteindre étaitdépassée ;
lalongueur
de l’aimant étaitalors le double de la
longueur
initiale. L’accroissementdu magné-
tisme diminue donc avec le nombre des
pièces ajoutées, quoique
ces dernières aient toutes la même
longueur.
Cela tient à ce que l’action desspirales
estplus
efficace sur lespièces
voisines que sur lespièces éloignées.
C’est encore par l’action desspirales
sur lespièces
additionnellesqu’on peut expliquer
l’accroissementrapide
du
magnétisme.
Il résulte encore de cesexpériences
que dans un électro-aimant non fermé lemagnétisme développé
par une forcemagnétisante
est fonction de sa surface. Ce résultat a été confirmé par cette observationqu’en remplaçant
lespièces
additionnellespleines
par des tubes defer,
àparois minces,
de mêmelongueur
et de même
diamètre,
le renforcement dumagnétisme
restai t àpeu
près
le même. En bouchant les tubes avec uncouvercle,
onn’observait aucune différence si ce couvercle
n’augmentait
pas lalongueur
de l’aimanl.Pour déterminer la résistance
qu’oppose
le milieuambiant,
ma-gnétique
ou non, à l’aimantation dufer,
il est nécessaire de comparer la résistance à la distribution de l’air ou du vide avec celle du fer.Ce
rapport
nepeut
être constant, la résistancemagnétique spé- cifique
du fer variant avec l’intensité de l’aimantation. Aussi M. Siemensprend-il
comme terme decomparaison
le fer à sonaimantation maximum.
Pour trouver le
rapport
entre la conductibilitémagnétique
del’air à celle du fer à son maximum
d’aimantation,
M. Siemens fit tpréparer
deuxplaques
carrées de ferayant
chacune 80mm de côtéet
4-- d’épaisseur;
cesplaques peuvent
se visser sur lespièces prismatiques
que l’onadapte
sur les extrémitéspolaires.
Lespla-
ques étant
placées
à 5mm l’une de l’autre et l’intensité du courantétant de 0,1 ampère,
celles-cirenforçaienlle magnétisme
de la mêmequantité du’un
morceau de tôle de fer de 1 -,q desection,
reliantentre eux les deux
pôles
mobilesplacés
l’un parrapport
à l’autreà la même distance de
Jmm, après
avoir enlevépréalablemen t
lesdeux
plaques.
Il résulte de là que la conductibilitémagnétique
dufer à son maximum d’aimantation estde
48o
à5oo,
si l’onprend
pour unité celle de l’air. On arépété
la mêmeexpérience
avec deplus grandes
distances entre lesplaques,
avec des fils defer,
desplaques
de tôle et depetits
barreaux de fercarrés,
et toutes ontdonné les mêmes
rapports numériques.
Afin de s’assurer si cette résistance
magnétique
del’air, qui
est5oo fois celle du
fer,
ne doit pas être attribuée à l’influence del’oxygène
del’air, qui
estmagnétique,
l’auteur fitpréparer
deuxplaques
de fer de 8rom dediamètre,
réunies l’une et l’autre par l’intermédiaire d’un anneau delaiton,
celui-ci étant soudé àchacune des
plaques.
Deux ouvertures,pratiquées
dans l’anneau delaiton, permettaient (la
distance entre lesplaques
étant de5mm)
soi t
d’emplir
l’intervalle entre les deuxplaques
de fer d’m gazquel-
conque, soit
d’y
faire le vide. Lesplaques
ainsidisposées
étaientfixées sur les
allonges
de l’aimant. On n’a constaté aucune diffé-rence dans l’effet
nzagnétique quand
l’intervalle entre lesplaques
était
rempli d’air, d’oxygène
etd’hydrogène,
ouquand
il étaitvide.
D’après l’auteur,
en rattachant l’idéed’Ampère
sur les courantsparticulaires
aux idées du P. Secchi et de M. Edlund sur les tourbillons d’étherqui rempliraient
toutl’espace,
ces tourbillonsproduiraient
les courantsd’Ampère,
et ils seraientplus
intensesou en
plus grand
nombre dans les corpsmagnétiques qu’ailleurs.
L’expérience
suivante a été faite pour prouver quel’espace rempli
de matière nonmagnétique,
ainsi que levide, peut
être influencé par des courantsélectriques,
tout à fait comme le fer àson état de maximum
d’aimantation,
seulement l’effet est environ 5oo foisplus
faiblequ’avec
le dernier métal.Deux bobines faites avec du fil de 1 mm de
diamètre, ayant
chacune 0 m, 10 delongueur
et87 mm
de diamètreintérieur,
sontplacées
à131 mm de distance l’une de
l’autre,
leurs axes étantparallèles.
Les faces
polaires
de ces deux solénoïdes sont couvertes depla-
dues de
fer,
une seuleplaque
couvrant les deux faces voisines.432
Les
parties
desplaques
entre les bobines sont couvertes despirales
d’induction. Deux boulons
de laiton,
traversant lesplaques
et lesbobines suivant leurs axes, servent à presser les
premières
contreles dernières. Les deux solénoïdes formaient ainsi avec les deux
plaques
un aimant en fer à cheval fermé surlui-mème,
dont lemoment
magnétique pouvait
être mesuré à l’aide des deuxspirales
d’induction
qui
couvraient lesplaques
de fer. Les mesures sontrésumées dans le Tableau
ci-joint.
On
voit, d’après
ceTableau,
que lephénomène
se passe comme si les deuxplaques
étaient réunies par uncylindre
de fer au lieudu
cylindre
de laiton. Dans uneexpérience,
l’auteur réalisa cettedernière
condition;
il réunit les deuxplaques
par uncylindre
defer de
4 mm
de diamètre : sa section étaitainsi 1 500
de celle des solé-,
noïdes,
e til trouva que le moment magnétique
étai t environ deux foisplus grand
que dans le casprécédent, lorsque
l’intensité du courantétait de
pan’p,2.
La sixièlne colonne du Tableau donne lesrapports
des déviations dans les deux cas, et l’on voit que, pour l’intensité de2amp ,
cerapport
est 2 environ. Cesrapports
ne diffèrent pas beau- coup de l’unité dans le cas des courants trèsfaibles, puis croissent, atteignent
vite une valeur double et se mettent à décroîtrelentement. Cela tient à la nature du fer des armatures et de celui du
cylindre;
sa résistancemagnétique
estgrande lorsque
les cou-rants sont ou très faibles ou très intenses.
D’après
JM.Siemens, lorsqu’un
courantparcourt
un conducteur enroulé sur une barre defer,
il sedéveloppe
dans cette dernièreautant de
magnétisme qu’il peut
en être fixé par la somme des momentsmagnétiques
des éléments d’air oud’espace qui
touchentsa surface.
Pour le
démontrer,
l’auteur fait le raisonnement suivant : Il considère uncylindre
de fer delongueur
indéfiniede rayon
rsur
lequel
en unpoint quelconque,
loin de sesextrémités,
on aenroulé une
spirale.
Soit y le momentmagnétique du’un
cou-rant circulant dans la
spirale peut développer
dans l’unité de sec-tion à une distance x du milieu de la
spirale,
le momentmagné- tique
de la section considérée serarr 2 y.
Ce moment diminuelorsque
croît et, si la théorie énoncée est exacte, d’unequantité qui peut
être liée par le moment de la couche d’air en conlact avec la surface extérieure de lapartie correspondant
àl’allonge-
ment clx. On a donc
Inéquation
différentiellec étant la
longueur
du chemin suivantlequel
s’efiectuel’intégra- tion ;
on a doncet, pour des
déplacements égaux
sur des barres de diamètres diffé-rents 2,. et 2 0, on aura
Ces
équations
montrent que dans le mêmecylindre
de fer lequotient
des momentsmagnétiques
de deuxsections, également éloignées
l’une del’autre,
est constant sur toute lalongueur
d’unemoitié du
cylindre,
de sorte que desdéplacements égaux
d’unebobine fourniraient des diminutions pour cent du moment
magné- tique égales partout.
Ceséquations
montrent encore que, pour des barresd’épaisseurs
différentes et desdéplacements égaux
dela bobine
d’épreuve,
leslogarithmes
desrapports
des moments sont en raison inverse des diamètres des harres.En établissant
l’équation différentielle,
on a admis que le mo-ment de la couche d’air en contact avec la barre ne
dépendait
434
que du moment de l’unité de section de la barre au
point
consi-déré,
cequi
voudrai dire que la résistancemagnétique
de tous lescircuits
magnétiques
extérieurs est la même. Enréalité,
l’effet de la distribution s’exerce entrechaque
élément de surface d’une moitié de la barre et tous lespoints magnétiques opposés
de l’autremoitié. La distribution
dépend
donc aussi de la distance au milieu de la barre. Cette cause d’erreur sera donc d’autantplus
sensibleque le
déplacement
se feraplus près
du milieu de la barre.Les
expériences précédentes justifient, d’après l’auteur, l’hypo-
thèse de la non-existence du
magnétisme
libre : iln’y
a,d’après
lui,
que dumagnétisme fixe,
et une forcemagnétisante
nepeut
produire
dans les corpsmagnétiques plus
demagnétisme qu’il
n’en
peut
êtrefixé,
à l’intérieur de ces corps ainsi que dans le milieuambiant,
par l’effet de la distributionmagnétique
sousforme de courbes fermées
produisant
danschaque
section le mêmemoment
magnétique.
Cetteconception
estanalogue
à celle de la distributionélectrique moléculaire,
et les lois de cette dernièrepeuvent s’appliquer
à la distributionmagnétique ;
à l’aide du coer-ficient
48o exprimant
lerapport
de la résistancemagnétique
du ferà celle de
l’air,
onpourrait
déterminer l’influence de la masse etde la forme du fer sur L’intensité du
champ magnétique qu’on
dé-sire créer.
La formule
a été établie dans
l’hypothèse
d’uncylindre
lnflnlnlentlong;
ellene
s’applique
pas à uncylindre
delongueur
finie à cause de l’in-fluence des surfaces terminales.
La distribution
magnétique
dans une barre delongueur finie, quand
la forcemagnétisante agit
d’une manière uniforme sur toutesles
parties
de labarre, perd complètement
son caractèrelogarith- mique
etprend,
comme l’a montré VanRees,
le caractère para-bolique
ou celui d’une chaînette. M. Siemens adisposé
un bar-reau de 150 mm de
longueur
et dejlllm,7°
dediamètre,
dans un tubede verre d’une
longueur
à peuprès
double danslequel
le barreauentrait à frottement doux. Le tube
porte
unespirale magnétisante,
ayant
un enroulementuniforme ;
le barreaupeut
sedéplacer
àl’intérieur du tube et l’on
pouvait
mesurer le momentmagnétique
de
chaque
section à l’aide d’une bobine d’induction enroulée surle milieu du
tube,
en renversant le sens du courant.Le Tableau suivant donne les moments
magnétiques
du barreaumesurés à des distances variant de 20 mm à
701l11l1
dumilieu,
dans le casoù l’aimantation
partait
du milieu et dans celui où elle s’eiectuait d’une manière uniforme. Les intensités du courant étaient choisies de telle manière que l’extrémité du barreau eût à peuprès
la mêmeaimantation dans les deux cas.
En
calculant, d’après l’écluation
de laparabole
les valeurs 2 p à l’aide des nombres
compris
dans la deuxième,colonne,
on trouve pour ces valeurs le nombreSi l’on calcule avec les nombres de la troisième colonne le quo- tient
L, d’après
la formuleL y y1 = 2 r x,
pour undéplacement
con-stant de 10 mm de la bobine
d’induction,
on trouve les valeurs sui-vantes :
On voit que ce
quotient
n’est pas constant conme dans le casd’un barreau de
longueur
indéfinie : il croît à mesurequ’on s’ap- proche
de l’extrémité dubarreau,
cequi
était àprévoir.
Van Rees a trouvé que, dans un aimant en forme de barreau
prismatique,
les momentsmagnétiques
des différentes sections dé- croissaient suivant uneparabole
de la même manière que pour un436
barreau de fer aimanté.
(ceci, d’après
31.Siemens,
n’a lieu que dans les aimantsauxquels
on adonné, pendant l’aimantation,
unmoment uniforme sur toute leur
longueur. Lorsque
la forcemagné-
tisane cesse
d’agir,
les aimants moléculaires tendent àreprendre
les
positions cIu’ils occupaient
avant l’aimantation : il en résulteun état
d’équilibre qui
est le méme que dans le fer aimanté.Dans un autre
Mémoire,
Fauteur adéveloppé
l’idée que,d’après
la théorie
d’Ampère,
les aimants moléculaires devraient être con-sidérés comme formés chacun de deux aimants élémentaires ou
solénoïdes
placés
l’un en face de l’autre avec lespôles
de sens con-traire en
regard.
Ces deux aimants élémentaires tournent ensemble librement dans toutes lesdirections,
sanséprouver
aucune résis-tance,
mais,
sous I’effet d’une forcemagnétisante extérieure, chaque petit
airnant tournerait parrapport à
son voisin de manière àprendre
tous les deux des
positions
semblables.D’après l’auteur,
les idéesdéveloppées plus
haut conduiraient à étendre la théoried’Ampère
et à admettre que tout l’univers esurempli
de solénoïdes moléculairesaccouplés,
onbien,
de tourbil-lons
d’éther,
si l’on admet les idées de M.Edlund;
et le nombrede ces tourbillons serait
plus grand
dans la matièremagnétique
que dans la matière non
magnétique.
lie moment
magnétique produit
par une forcemagnétisante
serait non seulement un effet direct du courant, mais surtout le
produit
de l’action mutuelle des aimants élémentaires contribuant à une rotationprovoquée
par le courant. L’auteurs’aperçoit
d’une difficulté que rencontre cette dernière
hypothèse :
celle d’ex-pliquer
le retour des aimants à l’état initialaprès
lasuppression
de la force
Inagnétisante lorsqu’il n’y
a pas deforce coercitive,
difficulté que Fauteur veut
expliquer
par un effet simultané de forces attractives etrépulsives, qui produirait
un étatd’équilibre compatible
avec les faits fournis par lesexpériences.
M. KROUCHKOLL.